شبیه سازی عددی رفتار دینامیکی مواد دانه ای کشاورزی در محیط های گسسته با ارایه مدلی با المان های مجزا

یکی از عوامل مهم در دقت شبیه سازی مدل های DEM, انطباق شکل المان های به کار رفته در مدل کامپیوتری با شکل ذرات یا اجسام در سیستم حقیقی است. مطالعات انجام شده به کمک مدل های DEM در زمینه سیستم های حاوی مواد دانه ای, تاکنون مدل هایی بوده اند که المان های به کار رفته در آنها کروی یا بیضی مانند بوده است. از آنجا که شکل اکثر میوه ها و سبزی ها غیر کروی و نامنظم اند مدل های حاوی این گونه المان ها نمی تواند بیان کننده رفتار دقیق آنها باشد. مقاله حاضر مدلی را ارایه می کند که المان های آن می تواند کروی یا غیر کروی باشد. در این مدل, شکل هر المان با ترکیبی از گویها (کرات در سیستم های سه بعدی و دوایر در دو بعدی) با اندازه های مختلف, با هم پوشانی دلخواه بین آنها تعیین می شود به طوری که شکل نهایی آنها بسیار نزدیک به شکل واقعی میوه یا محصول مورد نظر باشد. نتایج ارزیابی تئوری مدل نشان دهنده تنها 0.07 درصد خطاست که این امر دلالت بر صحت فرموله شدن مدل و الگوریتم های موجود در آن است. همچنین, نتایج ارزیابی تجربی مدل برای بررسی دقت پیش بینی رفتار یک سیستم فیزیکی مشابه نشان می دهد که مدل توانسته است با دقت 82 درصد رفتار سیستم را پیش بینی کند. این میزان خطا می تواند به میزان دقت در اندازه گیری خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مورد نیاز سیستم ربط داده شود. به منظور نشان دادن توانایی مدل در شبیه سازی انتقال و فراوری محصولات کشاورزی, نمونه هایی از کاربرد مدل در این زمینه ارایه شده است. نتایج این شبیه سازی ها به صورت نمودارهای تغییرات نیروهای عمودی وارد بر جسم (که باعث لهیدگی آنها هستند) و نیروهای مماسی (که منشا خراشیدگی هستند) ارایه شده است. علاوه بر این, تصاویر ارایه شده در این مقاله که برگرفته شده از انیمیشن های حاصل از نتایج مدل هستند توانایی مدل را در شبیه سازی فرایندهای مختلف محصولات کشاورزی بیان می کنند.